西海固地区脱贫引水工程大口径水井施工方法研究

2018-12-22马江

地质装备 2018年6期

马江

(宁夏回族自治区地质工程院，银川 750004)

1 工程概况

拟建西海固地区脱贫引水水源工程位于黄河右岸中卫市沙坡头区与中宁县之间，拟在七星渠引水口(申滩)至清水河入河口的黄河河漫滩及一级阶地范围内建设水源地，其东西方向长约25 km，南北方向宽约0.5～2.0 km，面积约30km2。从该水源地取水，经汇集后通过4级加压泵站和207km输水线路沿清水河川逆流而上，在终端与中南部水源工程的中庄调节水库相连，沿线向工程供水范围(涉及同心县、海原县和固原市的原州区、西吉县、彭阳县)内的城乡生活和工业供水。本次试验性大口径井工作区位于中卫市宣和镇徐庄村北侧、滨河路南侧，距离黄河约180 m，分别为2#和3#井，该项目于2018年3月13日开工，4月23日完成。

2 施工目的

通过勘探成井，查明该孔所处位置的地层岩性情况和相对含水层的埋藏、厚度等特征及富水性；总结井群布置及群孔干扰抽水试验提供基本的水文地质原始数据及参数；查明水源地的水文地质和地下水资源量(开采方案)提供基本的水文地质原始数据及参数；为后期评价、开采、利用、管理和保护以及水源地设计提供基本的水文地质原始数据及参数。

3 施工技术要求

拟完成的两口大口径井成井直径为1200 mm，初步设计井深60 m。井管使用的材料必须为无污染和无毒性材料，材料的强度、耐久性应满足设计和使用功能，初步确定选用无缝钢管，钢管直径分别采用530 mm和800 mm，井管壁厚8 mm。过滤管采用桥式过滤器结合打眼缠丝过滤器。滤料直径选用2～5 mm的米粒砂，颗粒的磨圆度较好，严禁使用棱角碎石，不应含土和杂质，滤料围填厚度为不小于200 mm。

4 施工方法

大口径井施工工艺：平整场地→钻机安装→钻进成孔→测斜测井→冲孔换浆→井管安装→围填滤料、止水→洗井→抽水试验→资料整理。

4.1 钻机安装及孔口保护

按设计确定的井位进行钻机就位，开孔前进行安装质量验收，孔口埋设了加长钢制护筒并用优质黏土回填密实，做好了保护好井口的工作。

4.2 冲击钻进

根据本项目地层特点我们选用了冲击钻机进行钻进，冲击钻采用直径1200 mm的钻头一钻到底，冲击钻进过程中选用优质红土进行造浆，合理控制了泥浆的黏度、含砂率、密度、滤失量等指标，减少泥皮的生成，充分发挥了泥浆的作用，泥浆性能符合本地层的钻进参数。钻进过程中详细记录地层变化情况，钻孔深度达到设计要求后，及时进行电测井，通过测井解释曲线划分地层岩性，进一步确定含水层的准确位置，为安装井管做好充分参考。

4.3 冲孔换浆

终孔后，在所需井管准备到位的情况下，开始冲孔换浆工作。本次采用捞渣筒从孔底捞取泥浆，水泵进行孔口补水的方式进行换浆，清孔结束后，孔内的泥浆密度小于1.05 g/cm3。

4.4 井管安置及填料

井壁管及滤水管长度根据钻进过程中记录的地层情况并结合测井情况确定。采用悬吊下管法，为保证下入的井管垂直、同心，防止靠孔壁，在每根井管的中部位分别焊接导正器。提吊下管时应稳拉慢放，如遇到阻力，不得猛冲或压入，应缓缓旋转下放，避免损伤井管及造成井管变形。下管过程中有专业技术人员旁站指导进行。

本次选用砾径为2～5 mm均匀纯净的砾料 (米粒砂)进行围填，磨圆度较好，颗粒均匀，不含杂质。孔口2 m采用黏土封闭，确保止水和封孔质量。填砾采用动水投砾法，投砾过程中，随时观测管外砾料的高度，核对数量，如出现搭蓬现象或方量不符时，要停止投砾，及时进行针对性处理。孔内实际投砾高度应高出滤水管最上端5 m以上。

最终2#试验井下入直径820 mm井管加滤水管51 m，其中滤水管长度为24.08 m，滤水管类型为桥式滤水管。3#试验井下入直径530 mm套管及滤水管54.07 m，其中滤水管长度为30.07 m，滤水管类型为桥式滤水管与缠丝滤水管相结合。

4.5 洗井

为防止孔壁泥皮硬化，造成洗井困难，影响出水量，在填砾结束后，立即进行洗井作业，本次采用活塞洗井法、水泵抽水法进行交替洗井。先用活塞洗井8 h，然后将水泵下到滤水管底部进行抽水洗井，同时加入适量焦磷酸钠软化泥皮浸泡12 h后，换活塞洗井8 h，再换水泵洗井12 h，直至水清砂净，纯洗井时间达到了36 h以上。

5 抽水试验

2#井于2018年3月27日至2018年4月3日进行了试验抽水、单井稳定流正式抽水试验及水位恢复。抽水延时61.5 h，水位恢复59 h，抽水成果详见表1。

3#井于2018年4月6日至4月13日，进行了试验抽水、单井稳定流正式抽水试验及水位恢复。抽水延时67 h，水位恢复45.5 h，抽水成果详见表2。

表1 2#井抽水成果表

表2 3#井抽水成果表

6 管井最大可开采量估算

管井最大可开采量采用Q-s曲线外推法公式(1)估算。根据经验，管井最大出水量相对应的最大降深约为含水层厚度的70%。

Q～s最大出水量公式：

(1)

式中：Qmax为与最大降深相对应的最大出水量，m3/d；H为潜水含水层厚度，m；s为井中任何一个已知水位下降值，m；Q为与s对应的已知出水量，m3/d。

计算结果见表3。

表3 管井最大可开采量成果表

2018年4月19日至4月21日，又对3#井进行了最大出水量抽水验证，将扬程为46 m，泵量为140 m3/h的潜水泵下至井下37 m处，进行抽水验证，经过近30个小时抽水稳定验证，降深达到32.5 m时(含水跃值，约为含水层厚度的70%)，管井出水量为145 m3/h，即3480 m3/d。经验证，管井最大出水量估算结果可靠。